淺談施耐德PLC的優化應用

王小寧等

摘 要：文章淺談施耐德PLC在汽輪鼓風機系統中的合理優化應用。在安陽鋼鐵集團公司動力廠AV100鼓風機機組中（以下簡稱AV100鼓風機），自動控制設備的核心是施耐德PLC。通過雙冗余電源的投入使用，更換I/O框架的通訊方式和對I/O地址的合理分配三個方面，優化了對施耐德PLC的應用，使得AV100鼓風機能更加安全穩定的運行。

關鍵詞：施耐德PLC；自動控制；鼓風機；應用

中圖分類號：TP241 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）18-0051-02

1 PLC概述

PLC（Programmable Logic Controller）可編程邏輯控制器，它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。

自1969年世界第一臺PLC問世以來，它已廣泛應用于工業控制，通過用戶存儲的應用程序來控制生產過程，具有強大的優點。也為工業自動化提供近乎完美的現代化自動控制裝置。隨著技術的快速發展，PLC技術的應用越來越廣泛，如合理應用PLC技術，是現代工業控制正在努力發展的方向之一。

在安鋼，鼓風機系統有著舉足輕重的地位，它主要是為3#高爐進行鼓風作業。在注重安全生產的現在，對鼓風機設備的安全運行有極高的要求。作為控制核心的PLC系統，對其合理的優化應用，既能保障設備的安全，也能保證生產的安全穩定。

2 雙冗余電源的使用

在每一塊施耐德PLC背板都帶電源模塊。電源模塊有兩種作用——向系統背板提供電源和保護系統免嘈雜波和額定電壓擺動影響。所有的電源模塊都具有抗過流和過壓保護。電源模塊將進入的電能轉換成穩定的+5 V直流，供給CPU、本地I/O和安裝在背板上的任何通訊選件模塊使用。但位于現場傳感器/執行器和I/O點之間的電能不能通過這些電源模塊提供。

在初始的設計中，每塊背板的第一個插槽安裝一個CPS電源模塊，但是在實際的工作過程中出現過CPS損壞的情況，當CPS不能供電時，整個背板上的模塊將不能工作；或者存在背板中間的內部電路發生損壞，使得距離CPS模塊較遠的插槽得不到供電，插槽上的模塊不能正常工作，這些都存在重大的安全隱患。

為優化CPS供電，現在每一塊背板上安裝2塊CPS冗余電源模塊，如圖1所示。即在每一塊模塊的第一個插槽和最后一個插槽安裝CPS冗余電源。當一個電源發生故障時，那個正常的電源將維持所需功率，從而使背板處理和活動通信部受到影響。當背板中間內部發生故障時，兩頭的冗余電源模塊可作為獨立型電源使用，也能保持背板上剩余插槽上的模塊能正常運行。每個冗余電源有一個狀態位，可有CPU中的應用程序或者監督系統監測，以便能夠對電源的故障作出快速響應。

如此一來，冗余電源的運用將大大減少因供電故障而造成對PLC控制系統的影響，將損失降到最低。

3 I/O框架的優化

施耐德PLC提供了一系列靈活的體系架構，可確保無論在何種配置下，均能獲得成本適度且高性能的控制解決方案。其提供了三種主要體系結構：本地I/O、遠程I/O（RIO）和分布式I/O（DIO）。對AV100的PLC系統的體系架構采用的是遠程I/O系統（RIO）。RIO電纜系統包括一個線性干線，用分支器和引入電纜延伸到每個遠程子站。

在初始設計中就采用RIO同軸電纜系統，它是基于同軸電纜進行主站與子站的通訊。它采用的是CRP93100的主通訊模塊和CRA93200子站適配器組成。其特點在于使用分支器和系統分離器可以創建不同的RIO布局。在初期使用中經常發現同軸電纜接頭松動或者分支器出現損壞，特別是同軸電纜接頭的松動或者是上面的金屬線出現氧化的現象，嚴重影響到主站與子站之間的正常通訊，造成PLC系統的不可控。

對AV100鼓風機系統依舊采用遠程I/O系統，只是將基于同軸電纜的方案更換為基于雙絞線的方案。它采用的是CRP31200的主通訊模塊和CRA31200子站適配器組成。

雙絞線較之同軸電纜，其特點是：

①無屏蔽外套，直徑小，節省所占用的空間。

②重量輕，易彎曲，易安裝。

③將串擾減至最小或加以消除。

④具有阻燃性。

⑤具有獨立性和靈活性，適用于結構化綜合布線。

最為關鍵的是雙絞線采用的RJ45水晶頭較之同軸電纜接頭不易損壞，且出現金屬氧化的現象也會隨之減少。雙絞線連接牢靠，較之同軸電纜剛不易不先接頭松動的情況。

如此一來，雙絞線方案的運用會大大減少主站與子站斷通訊的情況，保障生產。

4 I/O地址的合理分配

在AV100的PLC系統的大量模擬量I/O和數字量I/O點。這些都是運行人員在AV100正常運行中所要關注的。而且其中有些重要的部分將被作為連鎖條件，加以處理，實現設備的自動連鎖。在初始的程序設計中，只是按照程序作者自定義的順序對所有的I/O地址進行分布，沒有特殊的某個位置提供給某個I/O地址，這樣就會出現當連鎖條件需要多個點不定數的選擇（如溫度5選3，振動3選2等情況）時，這些I/O點在同一個I/O模塊上。如此，若該I/O模塊發生損壞，這些I/O點無法通過模塊進入CPU，CPU會自動認為該I/O點無響應能力（對數字量轉化為0，模擬量轉化為-32 767），可能導致程序滿足連鎖條件而發生動作，造成重大設備生產事故。

在原有程序的基礎上，可將I/O地址位置進行調整?？蓪⑦B鎖條件需要的多個I/O點分別設置在不同的I/O模塊上。例如：對AV100鼓風機的4個軸瓦溫度進行連鎖，當4個溫度中有3個或3個以上的溫度達到停機值時，進行連鎖停機，把4個溫度的I/O地址分別設置在4個模擬量I/O模塊上，就會防止當其中某一個模擬量I/O模塊發生損壞，造成溫度顯示異常，但實際情況并非如此時，程序發生連鎖動作。

經過對連鎖條件中I/O地址位置的調整，就避免了引誤信號或者模塊的損壞引起的連鎖動作。

5 結 語

通過對AV100鼓風機組PLC控制系統中PLC供電系統的優化、PLC I/O框架的優化和I/O地址的優化，大大減少了供電不足，傳輸電纜的損傷或誤信號，模塊損壞或者人為的誤操作，現場設備的誤信號等原因造成的生產事故，為3#高爐的穩定供風打下了堅實的基礎，并為類似的控制系統提供技術支持。

參考文獻：

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